Цепь контроллера бесщеточного двигателя высокой мощности

Эта универсальная ИС контроллера бесщеточного двигателя (BLDC) предназначена для управления любым трехфазным двигателем постоянного тока с высоким напряжением и током, оснащенным датчиком Холла, с максимальной точностью и безопасностью. Давайте узнаем подробности подробнее.

Использование IC MC33035

«Герой» схемы - однокристальный контроллер MC33035, который представляет собой высокопроизводительный IC-модуль второго поколения, обладающий всеми необходимыми активными функциями, которые могут потребоваться для работы с большинством сильноточных, высоковольтных, 3-фазных или 4-фазных BLDC. двигатели с разомкнутым или замкнутым контуром.

Микросхема оснащена декодером положения ротора для обеспечения точной последовательности коммутации, эталоном с температурной компенсацией для обеспечения правильного напряжения датчика, пилообразным генератором с программируемой частотой, тремя встроенными каскадами драйвера верхнего плеча с открытым коллектором и тремя сильноточными тотемно-полюсными полюсами. драйверы низкого уровня, специально разработанные для управления трехфазным H-мостом с мощным МОП-транзистором.

Чип также внутренне усилен функциями защиты высокого уровня и надежными ступенями управления, такими как блокировка при пониженном напряжении, циклическое ограничение тока с помощью опции регулируемого отключения с фиксацией задержки, отключения внутренней микросхемы при высокой температуре и специально разработанной Распиновка вывода неисправности, которая может быть сопряжена с MCU для предпочтительной расширенной обработки и обратной связи.

Типичными функциями, которые могут выполняться с помощью этой ИС, являются: управление скоростью без обратной связи, управление прямым и обратным направлением, «разрешение работы», функция аварийного динамического торможения.

ИС разработана для работы с датчиками двигателя, имеющими фазы от 60 до 300 градусов или от 120 до 240 градусов, в качестве бонуса ИС может также использоваться для управления традиционными щеточными двигателями.

Как работает IC

MC33035 является одним из нескольких высокоэффективных монолитных контроллеров бесщеточных двигателей постоянного тока, созданных Motorola .

Он состоит примерно из возможностей, необходимых для запуска полнофункциональной разомкнутой системы управления трех- или четырехфазным двигателем.

Кроме того, контроллер может использоваться для управления щеточными двигателями постоянного тока. Разработанный с использованием биполярной аналоговой технологии, он отличается превосходным уровнем эффективности и долговечности в безжалостных промышленных условиях.

MC33035 имеет декодер положения ротора для точной последовательности коммутации, эталон с возмещением затрат на окружающую среду, компетентный в доставке питания датчика, частотно-программируемый пилообразный генератор, полностью доступный усилитель ошибки, компаратор широтно-импульсного модулятора, 3 выхода верхнего привода с открытым коллектором и 3 выхода. Сильноточные выходы нижних драйверов на тотемный столб идеально подходят для работы с силовыми MOSFET.

В MC33035 встроены функции экранирования, которые включают в себя блокировку при пониженном напряжении, циклическое ограничение тока с выбираемым режимом отключения с задержкой по времени, встроенное тепловое отключение, а также эксклюзивный выход неисправности, который будет удобно сопрягаться с микропроцессорным контроллером.

Стандартные атрибуты управления двигателем включают управление скоростью без обратной связи, вращение вперед или назад, разрешение работы и динамическое торможение. Вдобавок к этому MC33035 имеет штырь выбора 60 ° / 120 °, который настраивает декодер положения ротора для входов электрического фазирования датчика 60 ° или 120 °.

PIN OUT Функции:

Pin1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Это три верхних выхода привода IC, предназначенные для работы с внешне настроенными силовыми устройствами, такими как BJT. Эти распиновки внутренне настроены как режим открытого коллектора.


Контакт № 3 (Fwd, Rev) = Эта распиновка предназначена для управления направлением вращения двигателя.

Пин # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Это 3 выхода датчиков ИС, назначенных для управления последовательностью управления двигателем.

Контакт # 7 (разрешение выхода) = Этот вывод IC назначен для разрешения работы двигателя, пока здесь поддерживается высокий логический уровень, а низкий логический - для разрешения выбега двигателя.

Контакт # 8 (опорный выход) = Этот контакт включен с током питания для зарядки синхронизации генератора конденсатора Ct, а также обеспечить опорный уровень для усилителя ошибки. Его также можно использовать для подачи питания на микросхемы датчиков Холла двигателя.

Контакт # 9 (неинвертирующий вход измерения тока) : Выходной сигнал 100 мВ может быть получен из этой распиновки со ссылкой на контакт № 15 и используется для отмены проводимости выходного переключателя в течение указанного цикла генератора. Эта распиновка обычно соединяется с верхней стороной резистора, считывающего ток.

Контакт # 10 (осциллятор) : Эта распиновка определяет частоту генератора для IC с помощью RC-цепи Rt и Ct.

Контакт # 11 (неинвертирующий вход усилителя ошибки) : Эта распиновка используется с потенциометром регулировки скорости.

Контакт # 12 (вход инвертирования усилителя ошибки) : Этот вывод внутренне связан с вышеупомянутым выходом усилителя ошибок для включения приложений с разомкнутым контуром. .


Контакт # 13 (выход усилителя ошибки / вход ШИМ) : Функция этой распиновки заключается в обеспечении компенсации при работе с замкнутым контуром.

Контакт # 14 (выход неисправности) : Этот выход индикатора неисправности может стать активным низким логическим уровнем во время нескольких критических условий, таких как: Недействительный входной код для датчика, Разрешить распиновку, подаваемую с нулевой логикой, Распиновка входа датчика тока становится выше 100 мВ (@ pin9 со ссылкой на pin15) , срабатывание блокировки пониженного напряжения или ситуация теплового отключения).

Контакт # 15 (вход инвертирования считывания тока) : Этот штырь установлен для обеспечения опорного уровня для внутреннего порога 100mV, и может быть виден связан с нижней стороной тока резистором.

Контакт # 16 (GND) : Это контакт заземления ИС, он предназначен для подачи сигнала заземления в цепь управления и должен быть связан с заземлением источника питания.

Контакт # 17: (Vcc) : Это положительный вывод питания, предназначенный для подачи положительного напряжения на цепь управления ИС. Минимальный диапазон работы этого вывода составляет 10 В, а максимальный - 30 В.

Контакт # 18 (Vc) : Эта распиновка устанавливает высокое состояние (Voh) для нижних выходов привода через мощность, приписываемую этому выводу. Сцена работает в диапазоне от 10 до 30 В.

Пин # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Эти три вывода расположены внутри в виде выходов на тотемный полюс и предназначены для управления устройствами выходной мощности нижнего привода.

Контакт # 22 (выбор фазового сдвига 60 D, 120D) : Состояние, приписываемое этой распиновке, конфигурирует работу схемы управления с датчиками Холла для входов с фазовым углом 60 градусов (высокая логика) или 120 градусов (низкая логика).

Штифт 23 (Тормоз) : Низкий логический уровень в этой распиновке позволит двигателю BLDC работать плавно, в то время как высокий логический уровень мгновенно остановит работу двигателя за счет быстрого замедления.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

Типичная внутренняя блок-схема показана на рисунке выше. Обсуждение преимуществ и работы каждого из перечисленных ниже центральных блоков.

Декодер положения ротора

Декодер положения внутреннего ротора измеряет входы 3 датчиков (контакты 4, 5, 6), чтобы отобразить правильную последовательность выводов верхнего и нижнего привода. Входы датчиков изготавливаются для прямого сопряжения с переключателями на эффекте Холла с открытым коллектором или оптоволоконными разъемами.

Встроенные подтягивающие резисторы классифицируются так, чтобы сократить необходимое количество внешних частей. Входы совместимы с TTL, их пороговые значения обычно составляют 2,2 В.

Микросхемы серии MC33035 предназначены для управления 3-фазными двигателями и работают с 4-мя наиболее популярными схемами фазирования датчиков. Целесообразно поставляется переключатель выбора 60 ° / 120 ° (контакт 22), который позволяет MC33035 настраиваться самостоятельно для регулирования двигателей, имеющих фазировку электрического датчика 60 °, 120 °, 240 ° или 300 °.

С 3 входами датчиков вы обнаружите 8 возможных кодовых образований входных сигналов, 6 из которых являются допустимыми размещениями ротора.

Два других кода устарели, поскольку обычно возникают из-за обрыва или короткого замыкания датчика.

С 6 приемлемыми входными кодами декодер может, возможно, позаботиться о положении ротора двигателя с точностью до 60 электрических градусов.

Вход прямого / обратного хода (контакт 3) используется в качестве инструмента для изменения графика работы двигателя путем изменения направления напряжения на обмотке статора.

Как только вход меняет состояние с высокого на низкое с использованием назначенного программного кода входа датчика (например, 100), упрощенные выходы верхнего и нижнего приводов с одинаковым альфа-статусом меняются местами (AT на AB, BT на BB, CT на CB).

По сути, изменяемая струна меняет направление, а двигатель меняет направление направления. Управление включением / выключением двигателя достигается с помощью разрешения выхода (вывод 7).

Когда он остается отключенным, внутренний источник тока 25 мкА позволяет упорядочивать выходы ведущего и основного привода. При заземлении выходы привода верхней части выключаются, а основные приводы переводятся в низкий уровень, вызывая срабатывание двигателя по инерции и срабатывания выхода неисправности.

Динамическое торможение двигателя позволяет создать в конечном устройстве дополнительный запас защиты. Тормозная система достигается за счет перевода вашего входа тормоза (контакт 23) в более высокий статус.

Это приводит к выключению выходов верхнего привода и активации нижних приводов, замыкая снова генерируемую двигателем ЭДС. Тормозной вход имеет абсолютное, искреннее внимание по сравнению со всеми другими входами. Внутренний подтягивающий резистор 40 кОм подключается к сети с помощью программного переключателя безопасности, гарантируя активацию тормоза в случае размыкания или отключения.

Таблица истинности коммутационной логики показана ниже. Элемент ИЛИ-НЕ с 4 входами используется для проверки входа тормоза и входов 3 выходных BJT верхнего привода.

Обычно цель состоит в том, чтобы отключить торможение до того, как выходы верхнего привода перейдут в состояние высокого уровня. Это позволяет избежать синхронного использования верхнего и базового выключателей питания.

В программах полуволнового двигателя компоненты верхнего привода обычно не нужны, и в большинстве случаев они остаются отсоединенными. При таких обстоятельствах торможение по-прежнему будет достигнуто, потому что вентиль ИЛИ-НЕ обнаруживает базовое напряжение на выходных BJT верхнего привода.

Усилитель ошибок

Повышенный КПД, полностью компенсированный усилитель ошибок с активным доступом к каждому входу и выходу (контакты № 11, 12, 13) предлагается для помощи в выполнении управления скоростью двигателя с обратной связью.

Усилитель имеет стандартное усиление постоянного напряжения 80 дБ, полосу усиления 0,6 МГц, а также широкий диапазон входных синфазных напряжений, который простирается от земли до Vref.

В большинстве программ управления скоростью без обратной связи усилитель настроен как повторитель напряжения с единичным коэффициентом усиления с неинвертирующим входом, соединенным с источником напряжения заданной скорости.

Генератор Частота внутреннего пилообразного генератора жестко задана значениями, выбранными для элементов синхронизации RT и CT.

Конденсатор CT будет заряжаться через опорный выход (вывод 8) с помощью резистора RT и разряжаться через внутренний разрядный транзистор.

Пиковое напряжение и питающее напряжение обычно составляют 4,1 В и 1,5 В соответственно. Чтобы предложить приличную экономию среди слышимого шума и характеристик переключения выхода, предлагается выбрать частоту генератора от 20 до 30 кГц. Обратитесь к рисунку 1 для выбора компонентов.

Модулятор ширины импульса

Интегрированная широтно-импульсная модуляция предлагает энергоэффективный подход к управлению скоростью двигателя путем изменения стандартного напряжения, приписываемого каждой обмотке статора на протяжении всей серии коммутации.

При разряде ТТ генератор моделирует каждую защелку, обеспечивая проводимость верхнего и нижнего выходов привода. Компаратор PWM сбрасывает верхнюю защелку, прекращая аренду нижнего выхода привода, как только положительная линейная скорость CT превосходит выход усилителя ошибки.

Временная диаграмма широтно-импульсного модулятора показана на рисунке 21.

Широтно-импульсная модуляция для управления скоростью действует исключительно на нижних выходах привода. Ограничение по току Постоянная работа двигателя, который может быть значительно перегружен, приводит к перегреву и неизбежной неисправности.

Эту пагубную ситуацию можно легко избежать с помощью ограничения тока от цикла к циклу.

То есть каждый включенный цикл рассматривается как независимая функция. Поцикловое ограничение тока достигается путем отслеживания нарастания тока статора каждый раз, когда срабатывает выходной переключатель, и после обнаружения ситуации высокого тока, мгновенного отключения переключателя и удержания его в выключенном состоянии в течение ожидаемого периода интервала нарастания генератора.

Ток статора преобразуется в напряжение за счет применения заземленного чувствительного резистора RS (рис. 36) в соответствии с тремя нижними переключающими транзисторами (Q4, Q5, Q6).

Напряжение, установленное на упреждающем резисторе, контролируется входом измерения тока (контакты 9 и 15) и сравнивается с внутренней контрольной точкой 100 мВ.

Входы компаратора считывания тока имеют входной синфазный диапазон примерно 3,0 В.

В случае превышения допустимого значения измерения тока 100 мВ компаратор сбрасывает нижнюю блокировку считывания и прекращает работу выходного переключателя. Фактическое значение резистора для измерения тока:

Rs = 0,1 / Istator (макс.)

Выход Fault инициируется при высоком уровне тока. Настройка ШИМ с двумя защелками гарантирует, что в ходе определенной процедуры генератора возникает только один единственный выходной пусковой импульс, независимо от того, завершается ли он на выходе усилителя ошибки или компаратора ограничения тока.

Встроенный стабилизатор 6,25 В (вывод 8) обеспечивает зарядный ток для конденсатора синхронизации генератора, эталонной точки для усилителя ошибки, который позволяет ему подавать ток 20 мА, подходящий специально для питания датчиков в программах низкого напряжения.

В целях более высокого напряжения это может стать важным для обмена мощностью, излучаемой регулятором, на ИС. Это определенно достигается с помощью другого проходного транзистора, как показано на рисунке 22.

Контрольная точка 6,25 В, казалось, была решена для обеспечения возможности визуализации простой схемы NPN, где бы Vref - VBE не превышал минимальное напряжение, необходимое для датчиков эффекта Холла при перегреве.

При соответствующем ассортименте транзисторов и достаточном радиаторе можно приобрести до 1 А тока нагрузки.

Блокировка при пониженном напряжении

Трехсторонняя блокировка минимального напряжения была интегрирована, чтобы уменьшить повреждение ИС и транзисторов альтернативного переключателя питания. При низких коэффициентах электропитания он обеспечивает полную работоспособность ИС и датчиков, а также наличие адекватного выходного напряжения базового привода.

Положительные источники питания для IC (VCC) и нижних приводов (VC) проверяются независимыми компараторами, которые получают свои пороговые значения на уровне 9,1 В. Этот конкретный этап гарантирует адекватное переключение затвора, необходимое для достижения низкого RDS (вкл.) При управлении обычной мощностью. Оборудование MOSFET.

Всякий раз, когда непосредственно включените датчики Холла от ссылки, неприемлемая работа датчика появляется в том случае, выходное напряжение опорной точки падает ниже 4,5 В.

Для распознавания этой проблемы можно использовать третий компаратор.

Когда несколько компараторов регистрируют ситуацию пониженного напряжения, включается выход неисправности, верхние проходы отключаются, а выходы базового привода организованы в нижнюю точку.

Каждый из компараторов имеет гистерезис для защиты от амплитуд при переходе через свои индивидуальные пороги.

Выход неисправности

Выход неисправности с открытым коллектором (вывод 14) был предназначен для предоставления подробных сведений об анализе в случае сбоя процесса. Он имеет пропускную способность 16 мА и может, в частности, управлять светоизлучающим диодом для видимого сигнала. Кроме того, он фактически имеет удобный интерфейс с логикой TTL / CMOS для использования в программе, управляемой микропроцессором.

Выход неисправности является эффективным низким, когда имеет место более чем одна из следующих ситуаций:

1) Недействительные коды входа датчика

2) Разрешение выхода при логике [0]

3) Токовый вход более 100 мВ

4) Блокировка при пониженном напряжении, активация 1 или выше компараторов

5) Отключение из-за перегрева, достижение максимальной оптимальной температуры перехода. Этот эксклюзивный выход также может использоваться, чтобы отличить запуск двигателя от продолжительного функционирования в условиях затопления.

С помощью RC-сети между выходом неисправности и входом разрешения это означает, что вы можете разработать отключение с задержкой по времени в отношении перегрузки по току.

Дополнительная схема, показанная на рис. 23, помогает без усилий запускать системы двигателей, которые оснащены более высокими инерционными нагрузками, обеспечивая дополнительный пусковой момент, при этом обеспечивая надежную защиту от перегрузки по току. Эта задача достигается за счет размещения текущего ограничения на значение, превышающее минимальное на установленный период. В течение очень продолжительной ситуации перегрузки по току конденсатор CDLY будет заряжаться, вызывая вход разрешения, чтобы перейти через допуск до низкого состояния.

Защелка теперь может быть сформирована циклом положительной обратной связи от выхода неисправности к выходу разрешения. Когда он установлен входом измерения тока, его можно сбросить только путем короткого замыкания CDLY или включения и выключения источников питания.

Схема полностью функционального высокомощного BLDC

Полнофункциональная высокомощная и сильноточная схема контроллера BLDC, использующая описанное выше устройство, может быть засвидетельствована ниже, она настроена как двухполупериодный, 3-фазный, 6-ступенчатый режим: